JP5871171B2 - パターン基板の製造方法及び部品の位置合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明はパターン基板の製造方法などに関し、より詳細には、液状体の表面張力を利用した部品の位置合わせに用いるパターン基板の製造方法などに関するものである。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）やマイクロマシンと呼ばれる微小機械システムの研究が盛んに行われている。このような多様な部品からなる微小機械システムを実現するためには、量産に対応できる組立システムが必要となる。

微小部品を基板上に配置する方法として、微小部品の自律位置合わせが種々研究されている。具体的には、磁力や静電力、溶融ハンダの表面張力、液体の表面張力などを利用することが研究されている。

しかし、磁力は残留磁力によりノイズが発生するおそれがある。また、静電力では部品が破損する危険がある。溶融ハンダの表面張力を利用する方法は、研究が進んでおり実用性は高いが、熱に弱い部品を使用できない。加えて、熱による残留応力が生じるという問題がある。一方、液体の表面張力を利用する方法は、前述の様な部品が損傷する危険性がなく、自立位置合わせ方法として有望である（例えば、特許文献１，２を参照）。

液体の表面張力を利用した自律位置合わせ方法では、基板上の所定位置に微小部品を位置合わせするために、基板表面を親液／撥液のパターニングを行う必要がある。従来、このようなパターニングを行う方法としてフォトリソグラフィーやエッチングなどの方法が用いられていた。図１１に、液体の表面張力を利用した従来の自律位置合わせ方法の工程図を示す。

まず、基板Ｂに親水膜２１を形成する（図１１（ａ））。次に、親水膜２１の上にフォトレジスト２２を塗布した後（図１１（ｂ））、基板を露光装置にセットし、マスクパターン２３を転写する。露光されたフォトレジスト２２を現像処理し（図１１（ｃ））、フォトレジスト２２のパターン通りに親水膜２１をエッチングする（図１１（ｄ））。そして、フォトレジスト２２を剥離して、基板Ｂ上にパターン形成された親水膜２１を得る（図１１（ｅ））。次いで、親水膜２１のパターン形成と同様の工程によって、撥水膜２４を基板Ｂ上にパターン形成する（図１１（ｆ））。

このようにして作製した基板上１１の親水膜２１の上に液体を塗布すると、液体は濡れ広がるが、撥水膜２４よりも外には濡れ広がらず液滴８１が形成される（図１１（ｇ））。そして、部品９を液滴８１と接触するように配置すると、部品９の液滴８１との接触面でも液滴８１が濡れ広がり（図１１（ｈ））、液滴８１の表面張力により部品９は所定位置に自律的に位置合わせされる（図１１（ｉ））。

なお、位置合わせ後の部品９と基板Ｂとの接着方法に関しては種々の方法がある。次の３つの方法が代表的な接着方法である。第１の接着方法は、図１２に示すように、基板Ｂの親水膜２１をＳｉＯ_２とすると共に、部品９の基板Ｂと接する面にＳｉＯ_２膜２５を形成し、液滴をＳｉＯ_２膜２１、２５を活性化させる添加剤（フッ酸など）を添加した水８２とし、水８２を蒸発させることでＳｉＯ_２膜２１、２５に形成された親水基（ＯＨ基）同士を結合させる。第２の接着方法は、図１３に示すように、液滴８１を水とし、水を蒸発させた後、接着剤２６で部品９の周囲を固定する。第３の接着方法は、図１４に示すように、接着剤を含んだ液滴８３を用いることで、液滴８３を乾燥させることで基板Ｂと部品９を固定する。

特開2005-317694号公報 特開2011-227814号公報

フォトリソグラフィーやエッチングなどを用いてパターニングを行う方法では、マスクや版が必要なことから、パターンを変更する場合に時間と費用を要するという課題があった。パターンの変更を容易にする方法として、電場や磁場を発生させる装置を格子状に配置し液体を制御する方法も提案されているが、作成できる格子の大きさ以下の位置合わせ精度が得られず、また制御できる領域を大きくすると装置（回路）規模が大きくなるという課題があった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液状体の表面張力によって部品を位置合わせするためのパターンを、マスクや版などを用いることなく基板に形成することができる基板の製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、微小部品であっても高精度に基板上に位置合わせできる方法を提供することにある。

本発明によれば、基板表面の所定位置に、液状体の表面張力によって部品を位置合わせするためパターンが形成されたパターン基板の製造方法であって、撥液領域及び親液領域のいずれか一方が他方の領域に対して前記所定パターンを形成するように、撥液性又は親液性を有する粒子で前記所定パターンを粒子担持体の表面に形成した後、前記粒子担持体から前記基板に前記所定パターンを転写して、前記所定パターンを基板上に形成することを特徴とするパターン基板の製造方法が提供される。

前記粒子担持体の表面に前記粒子によって前記所定パターンを形成する工程は、前記粒子担持体に前記所定パターンの静電潜像を形成し、帯電させた前記粒子を前記静電潜像に電気的に移動させて、前記粒子による前記所定パターンを前記粒子担持体の表面に形成するものであるのが好ましい。

前記粒子担持体が感光層を有し、前記粒子担持体が一様に帯電された後、露光によって前記粒子担持体の表面に前記所定パターンの静電潜像が形成されるのが好ましい。

前記粒子担持体から前記基板に前記所定パターンが転写される工程が、前記粒子の帯電極性と逆極性の電圧が、前記基板の、前記粒子担持体側と反対側から印加され、前記粒子担持体から前記基板に前記所定パターンが電気的に転写されるものであるのが好ましい。

また、本発明によれば、基板表面の所定位置に、液状体の表面張力によって部品を位置合わせする方法であって、前記のいずれかの製造方法によって製造されたパターン基板に液状体を塗布し、前記部品の、前記パターン基板と対向する面の少なくとも一部が、前記所定パターンに塗布された前記液状体と接触するように前記部品を配置することを特徴とする部品の位置合わせ方法が提供される。

そしてまた、本発明によれば、基板表面の所定位置に、液状体の表面張力によって部品を位置合わせする方法であって、前記部品の、前記基板と対向する面の少なくとも一部に液状体を塗布し、前記のいずれかの製造方法によって製造されたパターン基板の親液領域に、前記塗布した液状体の少なくとも一部が接触するように前記部品を配置することを特徴とする部品の位置合わせ方法が提供される。

前記液状体の、撥液領域に対する接触角は、親液領域に対する接触角及び部品の前記基板と対向する面に対する接触角よりも大きいことが好ましい。

前記所定パターンがネガパターンである場合、前記基板に塗布した液状体の高さは、撥液性を有する粒子の高さよりも高いのが好ましい。

前記所定パターンがネガパターンである場合、撥液性を有する粒子が前記部品と接触しないように形成されているのが好ましい。

前記部品の、前記基板と対向する面は親液処理されているのが好ましい。そして、前記部品の親液処理されている領域は、前記基板と対向する面の一部であってもよい。

前記パターン基板の親液領域は、前記部品の、前記基板と対向する面と相似形であるのが好ましい。

また、前記パターン基板の親液領域は、前記部品の親液処理されている領域と相似形であるのが好ましい。

前記液状体としては水を主成分とするものであるのが好ましい。

本発明の製造方法によれば、液状体の表面張力によって部品を位置合わせするためのパターン基板を、マスクや版などを用いることなく、バリアブル・オンデマンドで製造できる。

また、本発明の位置合わせ方法によれば、微小部品であっても高精度に基板上に位置合わせできる。

本発明に係るパターン基板の製造方法及び部品の位置合わせ方法の一例を示す工程図である。 液滴８１を基板Ｂに塗布した後の状態図である。 本発明に係るパターン基板の他の製造方法及び部品の位置合わせ方法を連続的に実施可能な装置の概説図である。 本発明に係るパターン基板の製造方法及び部品の位置合わせ方法の他の例を示す工程図である。 部品及び基板に形成する親液性膜の形状例を示す平面図である。 部品の形状と、撥液粒子で囲まれた親液領域の大きさとの関係を示す図である。 本発明に係るパターン基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。 本発明に係るパターン基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。 本発明に係るパターン基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。 本発明に係るパターン基板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。 液体の表面張力を利用した従来の自律位置合わせ方法の工程図である。 位置合わせ後の部品９と基板Ｂとの接着方法例を示す工程図である。 位置合わせ後の部品９と基板Ｂとの他の接着方法例を示す工程図である。 位置合わせ後の部品９と基板Ｂとの他の接着方法例を示す工程図である。

以下、本発明に係るパターン基板の製造方法及び部品の位置合わせ方法について図に基づいて詳述するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係るパターン基板の製造方法及び部品の位置合わせ方法を連続的に実施可能な製造装置の概説図を示す。図１の装置は、反時計回りに回転駆動する感光体（粒子担持体）Ｄの周囲に、感光体Ｄの表面を一様に帯電させる帯電装置２と、感光体Ｄ表面に光を照射して、所定パターンの静電潜像を形成する露光装置３と、帯電した撥液性を有する粒子（以下、「撥液粒子」）Ｐを感光体Ｄに供給し感光体Ｄ上の静電潜像を現像して所定パターンを形成する現像装置４と、現像装置４によって形成された感光体Ｄ上の所定パターンを基板Ｂに転写する転写ローラ５と、基板Ｂに転写されずに感光体Ｄ上に残留した粒子を除去するクリーニング装置６とを備える。

帯電装置２は、スコロトロン方式の帯電装置であって、放電電極に数ｋＶの電圧が印加されるとコロナ放電が発生し、これにより感光体Ｄの表面が一様に帯電される。なお、帯電装置２の種類は特に限定されるものでなく、ローラ方式の帯電部材、ブレード状の帯電部材、ブラシ状の帯電部材等を用いてももちろん構わない。

露光装置３は、帯電装置２によって一様に帯電された感光体Ｄの表面に、例えばパソコンなどの外部装置から入力されるパターン画像データに基づいて、選択的に光を照射して露光を行い、感光体Ｄの表面に所定パターンの静電潜像を形成する。露光装置の光源としては、オンオフ可能なレーザーやＬＥＤなどを用いることができる。露光走査手段としては、直線性の高い単一光源からの光をポリゴンミラーで主走査方向に走査する方法や、複数の光源を主走査方向に配置し、それぞれの光源をＳＬＡ（セルフォック（登録商標）レンズアレイ）で感光体表面に集光する方法などが挙げられる。

現像装置４は、ハウジング４１と、感光体Ｄに対向し回転可能に設けられた現像ローラ４２とを備える。ハウジング４１内には、撥液粒子Ｐと、撥液粒子Ｐと帯電列の異なる半導電性粒子（以下「キャリア粒子」と記す（不図示））とからなる現像剤が収容されている。撥液粒子Ｐとキャリア粒子とを混合撹拌することによって撥液粒子Ｐが帯電する。

本発明で使用する撥液粒子Ｐは、平均粒径が１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは、電界に対する応答性及び安全性の観点から６μｍ程度である。また、撥液粒子Ｐの形状は、円形度が０．８以上の球状であるのが好ましい。このような撥液粒子Ｐの製造方法としては、例えば、次のような方法がある。

１．重量平均分子量が４０００００、数平均分子量が８０００のビスフェノール系ポリエステルを温度２００℃で混練し、ジェットミルで粉砕し気流分級機で分級して、平均粒径６μｍの粒子を得る。この粒子に日本ニューマチック社製サフュージョンシステムで３００℃で処理を行う。得られた粒子に平均粒径６０ｎｍの疎水化処理したコロイダルシリカ１％をヘンシェルミキサーで混合して撥液粒子Ｐを得る。

２．重量平均分子量が５０００００、数平均分子量が１００００のスチレン・ブチルメタクリレート・メタクリレート共重合体樹脂を使って（１）と同様の方法で撥液粒子Ｐを得る。なお、荷電制御剤としてのコロイダルシリカの添加量は３％とする。

３．ダイキン工業社製「ルブロンＬ５」に平均粒径８０ｎｍのアルミナを３％添加処理して撥液粒子Ｐを得る。アルミナを添加処理するのはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の過剰な負荷電性を抑えるためである。

４．ダイキン工業社製「ルブロンＬ５」に平均粒径６０ｎｍのアミノシランカップリング処理したシリカを３％処理して撥液粒子Ｐを得る。アミノシランカップリング処理するのはＰＴＦＥの過剰な負荷電性を抑えるためである。

５．５ｎｍのシリカ粒子にダイキン工業社製「ルブロンＬ５」を５％混合後、奈良機械社製ハイブリダイザーで処理して、ＰＴＦＥコートシリカ粒子を得る。この粒子を（１）と同じ方法で撥液粒子Ｐを得る。なお、ハイブリダイザー以外にホソカワミクロン社製オングミルや徳寿工作所製メカノミルなど従来公知の表面改質装置を用いることができる。

６．５ｎｍのアルミナ粒子にダイキン工業製「ルブロンＬ５」を５％混合後、奈良機械社製ハイブリダイザーで処理をして、ＰＴＦＥコートアルミナ粒子を得る。この粒子を（１）と同じ方法で撥液粒子Ｐを得る。表面改質装置としては従来公知のものを用いることができる。

７．重量平均分子量が２０００００、数平均分子量が１００００のビスフェノール系ポリエステル樹脂を、２５％のメタノールを混合した酢酸エチル溶液に溶解し、２０％溶液を調合する。この溶液を、６ｋＶの電圧をかけたノズルから２００℃の熱風中に噴射し、６μｍの均一粒径の粒子を得る。得られた粒子に平均粒径６０ｎｍの疎水化処理したコロイダルシリカ１％を奈良機械社製ハイブリダイザーで打ち込み処理して撥液粒子Ｐを得る。

一方、親液粒子の場合は、例えば、次のような方法によって製造することができる。もちろん、その他、コロイダルシリカやアルミナ、その他の金属酸化物粒子を親液粒子として用いることもできる。

８．コニカミノルタ社製「Bizhub C650」用トナーに６０ｎｍのコロイダルシリカを２０％混合し、奈良機械社製ハイブリダイザーで処理をして粒子を得る。この粒子を（１）と同じ方法で親液粒子を得る。表面改質装置としては従来公知のものを用いることができる。表面改質装置としては従来公知のものを用いることができる。

９．ダイキン工業社製「ルブロンＬ５」に平均粒径６０ｎｍのコロイダルシリカを２０％混合後、奈良機械社製ハイブリダイザーで打ち込み処理して親液粒子を得る。表面改質装置としては従来公知のものを用いることができる。

１０．重量平均分子量が４０００００、数平均分子量が８０００のビスフェノール系ポリエステルを温度２００℃で混練し、ジェットミルで粉砕し気流分級機で分級して、平均粒径６μｍの粒子を得る。この粒子に日本ニューマチック社製サフュージョンシステムで３００℃で処理を行う。得られた粒子に平均粒径６０ｎｍのコロイダルシリカ２０％を混合後、奈良機械社製ハイブリダイザーで打ち込み処理をして、シリカコートポリエステルの親液粒子を得る。表面改質装置としては従来公知のものを用いることができる。

１１．重量平均分子量が５０００００、数平均分子量が１００００のスチレン・ブチルメタクリレート・メタクリレート共重合体樹脂を温度２００℃で混練し、ジェットミルで粉砕し気流分級機で分級して、平均粒径６μｍの粒子を得る。この粒子に日本ニューマチック社製サフュージョンシステムで３００℃で処理を行う。得られた粒子に平均粒径６０ｎｍのコロイダルシリカ１５％を混合後、奈良機械社製ハイブリダイザーで打ち込み処理をして、シリカコートポリエステルの親液粒子を得る。表面改質装置としては従来公知のものを用いることができる。

撥液粒子Ｐの帯電量に特に限定はないが、通常、絶対値で１０μＣ／ｇ〜５０μＣ／ｇの範囲が好ましい。より好ましくは、電解応答性の観点から絶対値で３０μＣ／ｇ程度である。撥液粒子Ｐの帯電量は、例えば、撥液粒子Ｐとキャリア粒子との混合比率を変えることによって制御できる。

使用するキャリア粒子としては、円形度が０．９以上の磁性を有する粒子であるのが好ましい。キャリア粒子が磁性を有すると、磁力を利用した粒子搬送が可能となる。キャリア粒子の平均粒径は１０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは、帯電性及び磁力の観点から３０μｍ程度である。このようなキャリア粒子としては、例えば、フェライト粒子を芯材として表面に厚さ１μｍ程度の樹脂被膜を形成したコーティングキャリアが推奨される。

現像ローラ４２は、回転可能の非磁性のスリーブと、スリーブに内蔵・固定された磁石とを備える。スリーブが回転することによって、磁性を有するキャリア粒子と、キャリア粒子に付着した撥液粒子Ｐとが感光体Ｄとの対向部（現像部）に搬送される。現像部への現像剤の搬送量は、現像部よりも感光体回転方向上流側に、現像ローラ４２の表面との間に所定隙間が形成されるように規制部材を設けて制御するようにしてもよい。

撥液粒子Ｐによる、感光体Ｄ上の静電潜像の現像は、現像ローラ４２に現像バイアス電圧を印加することにより行われる。すなわち、現像ローラ４２に現像バイアス電圧を印加すると、現像ローラ４２に印加される電圧と感光体Ｄの静電潜像との間に電位差が生じ、この電位差に基づいて撥液粒子Ｐが感光体Ｄに移動し、感光体Ｄ上の静電潜像が撥液粒子Ｐによって可視像化（パターン）される。

現像バイアス電圧としては、静電潜像との電位差が１００Ｖ〜１０００Ｖ程度できるように設定するのが好ましい。なお、所望の現像量を得るため及びリークなどの不具合を発生させないようにするために、現像バイアス電圧はバイアス調整機構によって適宜調整可能としておくのが望ましい。また、現像バイアス電圧に交流電圧（サイン波、矩形波、三角波及びそれらの組み合わせ）を重畳させてもよい。これにより、高精細な現像が可能となる。

なお、キャリア粒子を用いることなく撥液粒子Ｐを帯電させ、静電潜像を現像することも可能である。例えば、現像ローラ４２として表面に弾性層が形成されたものを用い、撥液粒子Ｐを規制部材に接触させることによって摩擦帯電させる。そして、キャリア粒子を用いた場合と同様に、現像ローラ４２に現像バイアス電圧を印加し、現像バイアス電圧と静電潜像との間の電位差によって撥液粒子Ｐを感光体Ｄに移動させ、感光体Ｄ上の静電潜像を撥液粒子Ｐで現像する。

転写ローラ５は、転写ローラ５に連結された駆動モータ（不図示）によって回転可能に設けられるとともに付勢部材（不図示）によって感光体Ｄに基板Ｂを介して圧接している。また転写ローラ５には、不図示の電圧印加手段によって、撥液粒子Ｐの帯電極性と逆極性の電圧が印加される。感光体Ｄと転写ローラ５との間を基板Ｂが通過する際に、転写ローラ５に前記電圧が印加され、感光体Ｄに形成された撥液粒子Ｐによるパターンが基板Ｂに転写する。

転写電圧としては１００Ｖ〜１０００Ｖの範囲が好ましく、良好な転写状体を維持できるように適宜調整可能としておくのが望ましい。転写電圧は、電流量が一定となるように制御（定電流制御）するのが好ましい。

クリーニング装置６は、感光体Ｄに圧接するクリーニングブレードであって、感光体Ｄ表面に残留する未転写の撥液粒子Ｐを感光体Ｄから除去する。

ロール状に巻き付けられた可撓性を有する基板Ｂは巻き出し部１１に設置される。巻き出し部１１から巻き出された基板Ｂは、感光体Ｄと転写ローラ５とのニップ部を通って巻き取り部１２でロール状に巻き取られる。前述の通り、感光体Ｄと転写ローラ５とのニップ部において感光体Ｄから基板Ｂに撥液粒子Ｐのパターンが転写される。

本発明で使用する基板Ｂは、前述のように、撥液粒子Ｐのパターンが電位差によって感光体Ｄから基板Ｂに転写されるため、絶縁性（高抵抗）を有するシートであるのが望ましい。また、撥液粒子Ｐを加熱により固定する場合には耐熱性も有する必要がある。具体的には、ＰＥＴやＰＩなど耐熱性の高い絶縁性のシートが望ましい。

撥液粒子Ｐは、静電的な付着力によって基板Ｂにしっかりと固定している。このような静電的な付着力のみで撥液粒子Ｐが基板Ｂに固定している場合、後の工程で撥液粒子Ｐが不要となったときには、転写工程と同じ機構あるいは空気を吹き付けることによって基板Ｂから撥液粒子Ｐを除去回収できる。

なお、使用する液滴８１や液滴塗布手段８によっては、静電的な付着力だけでは撥液粒子Ｐの固定が不十分で撥液粒子Ｐが動いてしまう場合がある。その場合は、液滴塗布手段８よりも基板Ｂの搬送方向上流側で撥液粒子Ｐを基板Ｂに固定するのが好ましい。固定方法としては、例えば、撥液粒子Ｐを加熱や加圧して基板Ｂに溶融固定する方法がある。加熱手段としては、フラッシュランプやハロゲンヒーターなどが使用できる。加圧手段としては、撥液粒子Ｐが載った基板Ｂをニップ部で圧接し回転搬送するローラ対などが使用できる。さらに他の固定方法としては、インクジェットなどで接着剤を撥液粒子Ｐに塗布する方法がある。この場合、接着剤としては撥液粒子Ｐに対して親和性の高い材料を用いる必要がある。

撥液粒子Ｐの有する電荷が、後工程や部品９に悪影響を及ぼすおそれのあるときは、除電手段よってパターンを除電するのが好ましい。除電手段としては、例えば、正負両方のイオンを発生するコロナ帯電器などが挙げられる。

以上の工程によって、所定の液状体を塗布するための所定パターンが表面に形成された基板が作製される。図１に示す実施形態では、次工程のインク（液状体）塗布工程に基板は連続的に搬送されているが、所定パターンが表面に作製された基板を一旦巻き取る、あるいは所定形状に分断するようにしても構わない。

なお、本実施形態では、撥液粒子Ｐを用いるので、撥液粒子Ｐで形成されるパターンはネガパターン（液状体のパターンを撥液粒子が取り囲むパターン）である。一方、親液粒子を用いる場合、親液粒子で形成されるパターンはポジパターン（液状体のパターンと親液粒子で形成されるパターンが同じパターン）となる。

次いで、パターン基板の撥液粒子Ｐで囲まれた領域に、液滴塗布手段８から液状体を吐出させて、前記領域に液滴８１を供給する。このとき、液滴８１の、撥液粒子Ｐに対する接触角が９０°より大きく、且つ基板Ｂに対する接触角が９０°より小さくなるようにするのが望ましい。これにより、撥液粒子Ｐで囲まれた領域、すわなち基板Ｂが露出している領域に着弾した液滴８１は、表面張力によってそれぞれ連続して基板Ｂとの高い密着性を有しながら拡がる。一方、撥液粒子Ｐとの境界部分に着弾した液滴８１は、撥液粒子Ｐに弾かれて表面張力によって親液性のある基板Ｂが露出している領域に引き込まれる。したがって、液滴の着弾位置が多少ずれても、液滴８１は撥液粒子Ｐで囲まれた領域に必ず移動し、微細なパターンを安定して形成できる。また、液滴８１の塗膜を厚くすることもできる。

塗布する液滴８１は、主成分を水とするものが望ましい。主成分を水とすることで、得られる表面張力が大きく、また環境汚染の心配が無い。また、水は蒸発させることができるため、部品の位置合わせ後に基板Ｂと部品９との間の距離をゼロとすることができる。本発明で使用する液状体としては、水の他に、無機または有機の液体を使用することもできる。例えば、グリセリン、アセトン、アルコール等の液体や、液体状態の樹脂、液体状態の樹脂と水の混合液を用いてもよい。ただし、部品の位置決めができる程度に液状体の粘度は低い必要がある。

後述する液滴塗布および部品配置のため、撥液粒子Ｐに対する液滴８１の接触角は、基板Ｂに対する液滴８１の接触角、および、部品９の基板と接する面に対する液滴８１の接触角よりも大きいことが必要である。なお、撥液粒子Ｐに対する液滴８１の接触角とは、撥液粒子Ｐを溶融して平板状態にした物に対して液滴８１を塗布し接触角を測定したである。

液滴８１の液滴塗布手段８としては、インクジェット法の他、ディスペンサーなど従来公知の塗布手段を用いることができるが、優れたバリアブル・オンデマンド性を得る観点からはインクジェット法が望ましい。また、撥液粒子Ｐが基板に固定されている場合には、液状体の入った液槽に基板Ｂを通過させることで、パターン基板の撥液粒子Ｐで囲まれた領域に液滴８１を塗布することも可能となる。

次に、撥液粒子Ｐで囲まれた領域に形成した液滴８１上に部品９を配置する。具体的には、部品９の基板Ｂと対向する面の少なくとも一部が液滴８１と接触するように部品９を配置する。すると、部品９の、基板Ｂと対向する面において液滴８１が濡れ広がる。そして、液滴８１の表面張力により部品９は撥液粒子Ｐで囲まれた領域に自律的に位置合わせされる。

図２に、液滴８１を基板Ｂに塗布した後の状態図を示す。図２（ａ）に示すように、液滴８１の高さは、撥液粒子Ｐの高さより高いことが望ましい。液滴８１を撥液粒子Ｐよりも高くすることにより、部品９を液滴８１に浮かべることができ、摩擦力の影響なく表面張力による部品の位置合わせが可能となる。反対に、図２（ｂ）に示す様に、液滴８１の高さが撥液粒子Ｐの高さよりも低い場合、配置した部品９が撥液粒子Ｐや基板Ｂと接触することがあり、液滴８１の表面張力よりも部品９と撥液粒子Ｐなどとの摩擦力の方が大きいと、部品９の位置合わせができなくなる。

撥液粒子Ｐで囲まれた親液領域は、部品９の基板Ｂと対向する面と相似形であることが望ましい。更に望ましくは同一形状であるのがよい。相似形でなくとも位置合わせは可能であるが、基板Ｂ側の形状に対して部品９がどの位置、どの向きで表面張力が釣り合うか予め計算（予測）しておく必要があり、撥液粒子Ｐで囲まれた親液領域を部品９の基板Ｂと対向する面と相似形や同一形状とすることで、表面張力が釣り合う部品９の位置を容易に求められると共に、部品の取り付け方向も制御できるようになる。

位置合わせした部品９を基板Ｂに接着する方法としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、前述の接着面の親水基同士を結合させる方法、部品９の周囲を接着剤で固定する方法、液滴８１を接着剤を含んだ液体とする方法などを用いることができる。

図３に、本発明に係る部品の位置合わせ方法の他の実施形態を示す。この図に示す部品の位置合わせ方法が、図１に示した部品の位置合わせ方法と異なる点は、部品９の基板Ｂと接する面に液滴塗布手段８で液滴８１を塗布する点である。液滴塗布手段８としては、第１の実施例と同様に、インクジェットやディスペンサなどの塗布装置を用いることができる。また、液滴８１の入った液槽に部品９を通過させることによっても部品９に液滴８１を塗布できる。

液滴８１を部品９に塗布した後、基板Ｂ上の撥液粒子Ｐで囲まれた親液領域に、部品９に塗布した液滴８１が接触するように部品９を配置する。液滴８１は基板Ｂ上で濡れ広がるが、親液領域は撥液粒子Ｐで囲まれているため、撥液粒子Ｐより外には濡れ広がらない。部品９は、液滴８１の表面張力により撥液粒子Ｐで囲まれた親液領域に自律的に位置合わせされる。なお、部品９の基板Ｂへの接着は、前述の実施形態の場合と同様である。

図４に、本発明に係る部品の位置合わせ方法のさらに他の実施形態を示す。この図に示す部品の位置合わせ方法が、図１に示した部品の位置合わせ方法と異なる点は、基板Ｂ及び部品９の接触面に親液性膜１３及び親液性膜９１を形成した点にある。親液製膜を形成することにより、濡れ性のコントラストを大きくでき、より確実な部品の位置合わせができるようになる。なお、基板Ｂは、表面全体に親液性膜１３を予め形成しておいてもよい。

親液性膜１３，９１としては、例えば、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_２Ｎ_４、アルミニウムとアルミナの２層膜、タンタルと酸化タンタルの２層膜などが挙げられる。親液性膜を形成する方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの公知の方法を用いればよい。なお、前述の実施形態と同様に、撥液粒子Ｐに対する液滴８１の接触角は、親液性膜に対する液滴８１の接触角より大きいことが必要である。

図５（ａ）に示すように、親液性膜９１は、部品９の基板Ｂと接する面に部分的に形成するようにしてもよい。部品９の基板Ｂと接する面が、例えば、円形である場合、当該面の全体に親液性膜を形成すると、基板Ｂに対する部品９の方向を定めることができないが、親液性膜９１の形状を、図５（ａ）に示すような、円形で向かい合う位置から外方に突出する部分を有する形状とすることによって、部品９の方向を定めることが可能になる。この場合、図５（ｂ）に示すように、基板Ｂの撥液粒子Ｐで囲まれた親液領域は、親液性膜９１の形状と相似形としておくのが望ましい。

なお、図６（ａ）に示すように、親液性膜９１を、部品９の基板Ｂと接する面に部分的に形成した場合、部品９の親液性膜９１を形成していない部分と撥液粒子Ｐとが接触するおそれがある。このため、図６（ｂ）に示すように、撥液粒子Ｐで囲まれた親液領域は、部品９と撥液粒子Ｐとが接触しないように基板Ｂに形成する必要がある。

図７及び図８に、本発明に係るパターン基板の製造方法の他の実施形態を示す。これらの図に示すパターン基板の製造方法では、インクジェット装置（インクジェット塗布手段）５３によって基板Ｂの表面に直接パターンを形成する。ここで、使用するインク５４，５５は、乾燥したインクに対する液滴８１の接触角が、基板Ｂ表面に対する液滴８１の接触角と異なればよく、インクに対する液滴８１の接触角が基板Ｂ表面より小さい場合は、図７に示すように部品９を配置する領域にインク５４を塗布する。反対に、インクに対する液滴８１の接触角が基板Ｂ表面より大きい場合は、図８に示すように、部品９を配置する領域を囲む領域にインク５５を塗布する。そして、必要により乾燥装置７で塗布したインク５４，５５を乾燥させる。インク乾燥時の液滴８１の接触角を基板Ｂ表面と異なるものとするためには、インク材料を基板Ｂ表面と異なる材料とする他に、ＵＶ硬化インクを用いて、インク表面に凹凸を形成するようにしてもよい。この場合、乾燥装置としてＵＶ照射装置を用いＵＶ光をインクに照射する。なお、インクジェット装置５３によって基板Ｂの表面に直接パターンを形成する方法では、基板Ｂに塗布したインク５４，５５が、基板Ｂ表面に着弾後濡れ広がるため、これまで説明してきた実施形態に比べて位置精度は劣ることがある。

図９に、本発明に係るパターン基板の製造方法のさらに他の実施形態を示す。図９に示す製造方法が、図１に示した製造方法と異なる点は、撥液粒子Ｐによってパターンを形成する工程である。すなわち、図９に示す製造方法では、回転自在の無端状の中間転写ベルト（粒子担持体）１４を用いると共に、中間転写ベルト１４を挟んで現像ローラ４２と対向する位置に、現像ローラ４２の軸方向に複数の電極１３を等ピッチで配置する。これら複数の電極１３は、個別に現像バイアス電圧を制御することができる。

前記の複数の電極１３に、撥液粒子Ｐの帯電極性と逆極性の現像バイアス電圧を、例えばパソコンなどの外部装置から入力されるパターン画像データに基づいて、選択的に印加して中間転写ベルト１４に撥液粒子Ｐを移動させて所定パターンを形成する。中間転写ベルト１４に形成された撥液粒子Ｐによるパターンは、中間転写ベルト１４の回転によって転写ローラ５とのニップ部に搬送され、前記実施形態と同様にして基板Ｂに転写される。それ以後の工程は図１の実施形態と同じである。

図９に示す製造方法によれば、中間転写ベルト１４に静電潜像を形成する必要がなく、図１の製造方法に比べて帯電工程及び露光工程が不要で装置機構の小型化及び簡単化が図りやすい。また、転写効率を１００％近くまで高めることができれば、中間転写ベルト１４のクリーニング工程を省くことができる。転写効率を高めるには、転写部において、撥液粒子Ｐと中間転写ベルト１４との間に働く付着力よりも大きな転写力を撥液粒子Ｐに与えればよい。図９に示す実施形態では、帯電した撥液粒子Ｐをクーロン力で転写しているので、転写部のニップ幅を広くし、中間転写ベルト１４と基板Ｂとを予め密着させた状態で十分な転写バイアス電圧を印加すればよい。これにより、放電ノイズなどの不具合を抑制しながら必要な電界を発生させることができ確実な転写が可能となる。

図１０に、本発明のパターン基板の製造方法のさらに他の実施形態を示す概説図を示す。図１０に示す製造方法が、図１に示した製造方法と異なる点は、現像方法にある。すなわち、図１に示した現像方法は乾式現像方法であったのに対し、図１０に示す現像方法は湿式現像方法である。湿式現像方法は、乾式現像方法に比べて、より小さな粒径の撥液粒子Ｐを用いることができる。より小さな粒径を有する撥液粒子Ｐによって高解像度のパターンが得られる。また、現像剤が液体のため流動性が高く均一なパターンが得られる。

図１０に示す現像装置は、感光体Ｄと加圧接触される現像ローラ４６と、撥液粒子Ｐおよびキャリア液（不図示）を含む液体現像剤を貯蔵した現像槽４３と、現像槽４３に一部が浸漬され、液体現像剤を汲み上げる汲み上げローラ４４と、汲み上げローラ４４により汲み上げられた液体現像剤を現像ローラ４６に供給する供給ローラ４５とを備える。

互いに隣接している汲み上げローラ４４と供給ローラ４５とは接触領域において同一方向に回転する。また、汲み上げローラ４４は、供給ローラ４５に従動して回転する。また、互いに隣接している供給ローラ４５と現像ローラ４６とは接触領域において互いに反対方向に回転する。反対方向とすることにより供給ローラ４５から現像ローラ４６への液体現像剤を効率的に供給することが可能となる。また、現像ローラ４６の薄層を均一にすることが可能となる。

なお、汲み上げローラ４４には表面に凹部を設けた金属ローラ（アニロックスローラ）を用いることで液体現像剤の量を正確に規制するようにしてもよい。

現像ローラ４６の周辺には帯電装置（不図示）が設けられるとともに、帯電装置により現像ローラ４６上の液体現像剤中に含まれる撥液粒子Ｐに電荷が与えられる。そして、現像バイアス電圧が現像ローラ４６に印加されることによって、帯電した撥液粒子Ｐは現像ローラ４６から感光体Ｄに移動し感光体Ｄ上の静電潜像を現像する。

感光体Ｄ上に形成された撥液粒子Ｐによるパターンは基板Ｂに転写された後、乾燥装置７において加熱してキャリア液を蒸発除去する。なお、キャリア液を完全に除去する必要はない。それ以後の工程は図１の実施形態と同じである。

図９及び図１０に示した実施形態はいずれも撥液粒子Ｐによってパターンを形成していたが、親液粒子を用いてパターンを形成してもよい。この場合、親液粒子で基板Ｂに形成されるパターンはポジパターンであり、パターン上に液滴８１が塗布される。このとき、液滴８１の、親液粒子に対する接触角は９０°より小さく、且つ基板Ｂに対する接触角は９０°より大きくなるようにするのが望ましい。これにより、親液粒子で形成された領域に着弾した液滴８１は、表面張力によってそれぞれ連続して親液粒子との高い密着性を有しながら拡がる。一方、基板Ｂが露出している領域と親液粒子との境界部分に着弾した液滴８１は、基板Ｂに弾かれて表面張力によって親液粒子で形成された領域に引き込まれる。したがって、撥液粒子の場合と同様に、液滴の着弾位置が多少ずれても、所望領域に必ず移動し、微細なインクパターンを安定して形成できる。また、親液粒子を基板Ｂに固定しておけば、液滴８１を基板Ｂに強く固定できる。

本発明の製造方法によれば、液状体の表面張力によって部品を位置合わせするためのパターン基板を、マスクや版などを用いることなく、バリアブル・オンデマンドで製造でき有用である。

２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写ローラ
７ 乾燥装置
８ インクジェット装置（液滴塗布手段）
９ 部品
Ｂ 基板
Ｄ 感光体（粒子担持体）
Ｐ 撥液粒子
１３ 電極
１４ 中間転写ベルト（粒子担持体）
４２ 現像ローラ
４３ 現像槽
４４ 汲み上げローラ
４５ 供給ローラ
４６ 現像ローラ
５３ インクジェット塗布装置（インクジェット塗布手段）
８１ インク（液状体）

Claims (14)

1. 基板表面の所定位置に、液状体の表面張力によって部品を位置合わせするためパターンが形成されたパターン基板の製造方法であって、
   撥液領域及び親液領域のいずれか一方が他方の領域に対して前記所定パターンを形成するように、撥液性又は親液性を有する粒子で前記所定パターンを粒子担持体の表面に形成した後、前記粒子担持体から前記基板に前記所定パターンを転写して、前記所定パターンを基板上に形成することを特徴とするパターン基板の製造方法。
2. 前記粒子担持体の表面に前記粒子によって前記所定パターンを形成する工程が、前記粒子担持体に前記所定パターンの静電潜像を形成し、帯電させた前記粒子を前記静電潜像に電気的に移動させて、前記粒子による前記所定パターンを前記粒子担持体の表面に形成するものである請求項１記載のパターン基板の製造方法。
3. 前記粒子担持体が感光層を有し、前記粒子担持体が一様に帯電された後、露光によって前記粒子担持体の表面に前記所定パターンの静電潜像が形成される請求項２記載のパターン基板の製造方法。
4. 前記粒子担持体から前記基板に前記所定パターンが転写される工程が、前記粒子の帯電極性と逆極性の電圧が、前記基板の、前記粒子担持体側と反対側から印加され、前記粒子担持体から前記基板に前記所定パターンが電気的に転写されるものである請求項２又は３記載のパターン基板の製造方法。
5. 基板表面の所定位置に、液状体の表面張力によって部品を位置合わせする方法であって、
   前記請求項１〜４のいずれかの製造方法によって製造されたパターン基板に液状体を塗布し、前記部品の、前記パターン基板と対向する面の少なくとも一部が、前記所定パターンに塗布された前記液状体と接触するように前記部品を配置することを特徴とする部品の位置合わせ方法。
6. 基板表面の所定位置に、液状体の表面張力によって部品を位置合わせする方法であって、
   前記部品の、前記基板と対向する面の少なくとも一部に液状体を塗布し、前記請求項１〜４のいずれかの製造方法によって製造されたパターン基板の親液領域に、前記塗布した液状体の少なくとも一部が接触するように前記部品を配置することを特徴とする部品の位置合わせ方法。
7. 前記液状体の、撥液領域に対する接触角が、親液領域に対する接触角及び部品の前記基板と対向する面に対する接触角よりも大きい請求項５又は６記載の部品の位置合わせ方法。
8. 前記所定パターンがネガパターンであり、前記基板に塗布した液状体の高さが、撥液性を有する粒子の高さよりも高い請求項５〜７のいずれかに記載の部品の位置合わせ方法。
9. 前記所定パターンがネガパターンであり、撥液性を有する粒子が前記部品と接触しないように形成されている請求項５〜８のいずれかに記載の部品の位置合わせ方法。
10. 前記部品の、前記基板と対向する面が親液処理されている請求項５〜８のいずれかに記載の部品の位置合わせ方法。
11. 前記部品の親液処理されている領域が、前記基板と対向する面の一部である請求項１０記載の部品の位置合わせ方法。
12. 前記パターン基板の親液領域が、前記部品の、前記基板と対向する面と相似形である請求項５〜１１のいずれかに記載の部品の位置合わせ方法。
13. 前記パターン基板の親液領域が、前記部品の親液処理されている領域と相似形である請求項１０又は１１記載の部品の位置合わせ方法。
14. 前記液状体が水を主成分とするものである請求項５〜１３のいずれかに記載の部品の位置合わせ方法。